Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основні властивості фосфору

1.1 Фізичні властивості

Фосфор (P) - внаслідок високої активності у вільному стані в природі не зустрічається.

Електронна конфігурація 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 3

Фосфор - неметал середньої активності. На зовнішній орбіті атома фосфору перебувають п'ять електронів, причому три з них не спарені. Тому він може проявляти валентності 3 -, 3 + і 5 +.

Для того щоб фосфор виявляв валентність 5 +, необхідно яке-небудь вплив на атом, яке б перетворило на не спарені два спарених електрона останньої орбіти.

Фосфор часто називають багатоликим елементом. Дійсно, в різних умовах він веде себе по-різному, проявляючи то окисні, то відновні властивості. Багатогранність фосфору - це і його здатність перебувати в кількох алотропних модифікаціях.

1.2 Поширення в природі

Фосфор широко поширений в природі і становить 0,12% земної кори. Він входить до складу білків рослинного і тваринного походження. Людський скелет містить приблизно 1400 г фосфору, м'язи - 130 г, мозок і нерви - 12 р. Фосфор становить істотну частку в хімічному складі рослин і тому є важливим добривом. Основною сировиною для виробництва добрив служать апатит CaF 2 Ч3Ca 3 (PO 4) 2 і фосфорити, основою яких є фосфат кальцію Ca 3 (PO 4) 2. Елементний фосфор отримують електротермічним відновленням за 1400-1600 ° С з фосфоритів і апатитів у присутності SiO 2.

1.3 Найважливіші алотропні модифікації

Білий фосфор. Мабуть, найвідоміша модифікація елементу № 15 - м'який, як віск, білий або жовтий фосфор. Це її відкрив Бранд, і завдяки її властивостям елемент отримав своє ім'я: по-грецьки «фосфор» означає світиться, світлоносний. Молекула білого фосфору складається з чотирьох атомів, побудованих у формі тетраедра. Щільність 1,83, температура плавлення 44,1 ° C, кипіння 280 ° С,

Червоний фосфор. При нагріванні без доступу повітря вище 250 ° C білий фосфор перетворюється в червоний. Це вже полімер, але не дуже впорядкованої структури. Реакційна здатність у червоного фосфору значно менше, ніж у білого. Він не світиться в темряві, не розчиняється в сірковуглеці

Чорний фосфор - полімерне речовина з металевим блиском, схожий на графіт, без запаху, жирний на дотик. Розчиняється у воді і в органічних розчинниках. Атомна кристалічна решітка, напівпровідник. t ° кип .= 453 ° С (сублімація), t ° пл .= 1000 ° C (при p = 1,8 * 10 вересні Па), стійкий.

Менш відомі інші, ще більш високомолекулярні модифікації фосфору - фіолетовий і коричневий, що відрізняються одна від одної молекулярною вагою і ступенем впорядкованості макромолекул. Ці модифікації - лабораторна екзотика і на відміну від білого і червоного фосфору практичного застосування поки не знайшли.

1.4 Фосфорні добрива

«У 1839 р. англієць Лауза вперше отримав суперфосфат - фосфорне добриво, легко усвояемое рослинами».

Одним з основних елементів живлення рослин є фосфор. Правильне його використання прискорює ріст і розвиток рослин, підвищується врожай і якість сільськогосподарської продукції. Згідно з даними польових дослідів агрохімслужби, внесення 90 кг фосфору на 1 га посівної площі залежно від грунту підвищує врожайність озимої пшениці на 400-500 кг / га, ячменю - 300-600 кг / га, кукурудзи - 400-800 кг / га , соняшнику - 150-200 кг / га, цукрових буряків - 300-800 кг / га, картоплі - 150-250 кг / га. Внесення фосфорних добрив збільшує вміст крохмалю в бульбах картоплі, позитивно впливає на накопичення цукру в цукровому буряку.

Більша кількість фосфору міститься в товарній частині врожаю, тому значна його частина відчужується з продукцією. І якщо в природі існує кругообіг азоту, в якому бере участь атмосферний азот, то запаси фосфору в грунті можуть поповнюватися тільки завдяки внесенню органічних і мінеральних добрив.

2. Фосфор у природі

2.1 Кругообіг фосфору в природі

Найнеприємніше, що кругообіг фосфору практично не замкнутий - якщо азот з біосфери виводиться в атмосферу, звідки його можна витягти, то фосфор з біосфери, пройшовши, як і азот, безліч локальних кругообігів, осідає на дно океанів. Це пов'язано з тим, що в природі, він існує тільки у вигляді фосфатів, і стійких летючих сполук у нього немає. Знову потрапити на поверхню суші цей фосфор може тільки в результаті геологічних процесів, але до цього спливе дуже значний час, багато-багато мільйонів років.

2.2 Вміст фосфору в природних водах

Так само, як і для азоту, обмін фосфором між його мінеральними й органічними формами з одного боку, і живими організмами - з іншого, є основним чинником, що визначає його концентрацію.

Концентрація загального розчиненого фосфору (мінерального й органічного) у незабруднених природних водах змінюється від 5 до 200 мкг / дм 3

Фосфор - найважливіший біогенний елемент, частіше всього лімітуючий розвиток продуктивності водойм. Тому надходження надлишку сполук фосфору з водозбору (у вигляді мінеральних добрив з поверхневим стоком з полів (із гектара зрошуваних земель виноситься 0.4-0.6 кг фосфору), із стоками з ферм (0.01-0.05 кг / сут. На одну тварину), з недоочищених або неочищеними побутовими стічними водами (0.003-0.006 кг / сут. на одного жителя), а також з деякими виробничими відходами призводить до різкого неконтрольованого приросту рослинної біомаси водного об'єкту (це особливо характерно для непроточних і малопроточних водойм). Відбувається так зване зміна трофічного статусу водойми , що супроводжується перебудовою всього водного співтовариства і що призводить до домінування гнильних процесів (і, відповідно, зростанням каламутності, солоності, концентрації бактерій).

Один із ймовірних аспектів процесу евтрофікації - ріст синьо-зелених водоростей (ціанобактерій), багато з яких токсичні. Кошти, виділені цими організмами речовини відносяться до групи фосфор-і сірковмісних органічних сполук (нервово-паралітичний отрут). Дія токсинів синьо-зелених водоростей може виявлятися у виникненні дерматозів, шлунково-кишкових захворювань; в особливо важких випадках - при потраплянні великої маси водоростей всередину організму може розвиватися параліч.

Відповідно до вимог глобальної системи моніторингу стану навколишнього середовища (ДСМД / GEMS) у програми обов'язкових спостережень за складом природних вод включене визначення вмісту загального фосфору (розчиненого і зваженого, у вигляді органічних і мінеральних сполук). Фосфор є найважливішим показником трофічного статусу природних водойм.

Фосфор органічний

Органічні сполуки фосфору присутні в поверхневих водах у розчиненому, зваженому і колоїдному стані.

Фосфор мінеральний

Сполуки мінерального фосфору надходять у природні води в результаті вивітрювання і розчинення порід, що містять ортофосфати (апатити і фосфорити) і надходження з поверхні водозбору у вигляді орто-, мета-, піро-і поліфосфат-іонів (добрива, синтетичні миючі засоби, добавки, що попереджають утворенню накипу в казанах і т.п.), а також утворюються при біологічній переробці залишків тварин і рослинних організмів. Надлишковий вміст фосфатів воді, особливо в грунтовій, може бути відображенням присутності у водному об'єкті домішок добрив, компонентів господарсько-побутових стічних вод, що розкладається біомаси.

Основною формою неорганічного фосфору при значеннях pH водойми більше 6.5 є іон HPO 4 2 - (близько 90%). У кислих водах неорганічний фосфор присутній переважно у вигляді H 2 PO 4 -. Концентрація фосфатів у природних водах звичайно дуже мала - соті, рідко десяті частки міліграмів фосфору в літрі, у забруднених водах вона може досягати декількох міліграмів у 1 дм 3. Підземні води містять звичайно не більш 100 мкг / дм 3 фосфатів; виняток складають води в районах залягання фосфоровмісних порід.

Вміст сполук фосфору піддається значним сезонним коливанням, оскільки воно залежить від співвідношення інтенсивності процесів фотосинтезу і біохімічного окислювання органічних речовин. Мінімальні концентрації фосфатів у поверхневих водах спостерігається зазвичай навесні і влітку, максимальні - восени і взимку, у морських водах - відповідно навесні і восени, влітку і взимку.

Загальна токсична дія солей фосфорної кислоти можлива лише при дуже високих дозах і частіше усього обумовлено домішками фтору. У методиці оцінки екологічної ситуації, рекомендований норматив вмісту розчинних фосфатів у воді - 50 мкг / дм 3.

Без попередньої підготовки проб колориметрично визначаються неорганічні розчинені і зважені фосфати.

Поліфосфати

Me n (PO 3) n, Me n +2 P n O 3n +1, Me n H 2 P n O 3n +1

Застосовуються для пом'якшення води, обезжирення волокна, як компонент пральних порошків і мила, інгібітор корозії, каталізатор, у харчовій промисловості.

Малотоксичні. Токсичність пояснюється спроможністю поліфосфатів до утворення комплексів з біологічно важливими іонами, особливо з кальцієм.

Встановлене допустиме залишкова кількість поліфосфатів у воді господарсько-питного призначення складає 3.5 мг / дм 3 (лімітуючий показник шкідливості - органолептичний).

2.3 Фотометричний метод визначення загального вмісту фосфору в стічних водах

Суть методу. Під час мокрого спалювання, при наявності пероксиду водню або персульфату амонію, всі види фосфоровмісних сполук перетворюються у розчинні неорганічні ортофосфати.

Реактиви:

Сірчана кислота, розведена в співвідношенні 3:1 по об'єму.

Персульфат амонію

Пероксид водню,30%-вий розчин.

Хід роботи.

В склянку з хімічно стійкого скла поміщають 50 мл не фільтрованої проби. Добавляють 0,5 г пресульфату амонію або 3-4 каплі 30%-вого розчину пероксиду водню і 1мл розведеної сірчаної кислоти. Одночасно проводять холосте визначення з 50 мл дистильованої води. Суміш випарюють на печі, а потім нагрівають в сушильній шафі 6 годин при температурі 160°С. Після охолодження, обережно по стінці склянки приливають 30 мл дистильованої води і нагрівають, перемішуючи до розчинення солей.

Розчин кількісно преносять в мірну колбу на 100 мл, відбирають піпеткою 50 мл і визначають вміст ортофосфат-іонів, як описано вище.

2.4 Фосфор у грунтах

Зміст фосфору (Р2О5) у багатьох грунтах складає 0,03-0,25%. Близько половини його знаходиться в мінеральній формі, а половина - у формі органічних сполук. У слабко окультурених торф'яних грунтах на фосфор в органічній формі приходиться до 70%. Деяка кількість його міститься в поглиненому грунтовими колоїдами стані. Значна частина мінеральних форм фосфору в кислих підзолистих грунтах і червоноземах знаходиться у важкодоступних для рослин фосфатах заліза й алюмінію. У нейтральних грунтах, наприклад у чорноземах, мінеральний фосфор представлений більш доступними для рослин фосфатами кальцію і магнію.

2.5 Визначення вмісту рухомих форм фосфору в грунті за методом І. Кирсанова

ЗНАЧЕННЯ АНАЛІЗУ. визначення вмісту рухомих форм фосфору в ґрунті має важливе значення для оцінки рівня забезпеченості сільськогосподарських культур відповідними елементами живлення і визначення необхідних доз мінеральних добрив. Цей метод використовують для визначення рухомих форм фосфору в дерново -підзолистих, сірих опідзолених ґрунтах і вилугуваних чорноземах.

ПРИНЦИП МЕТОДУ. Метод ґрунтується на вилученні рухомих форм фосфору з ґрунту 0,2 н розчином соляної кислоти при співвідношенні грунт: розчин І:5, тривалість перемішування суспензії І хв., відстоювання - 15хв.

Рухомою фосфорною кислотою називають ту частину сполук фосфору ґрунту, яка легко розчиняється у воді і інших розчинниках (в органічних та мінеральних кислотах слабкої концентрації, в розчинах вуглекислих солей та ін).Ця частина сполук фосфору є найбільш доступною для рослин. Визначають фосфорно-молібденової сині, амонію і відновлення комплексної фосфорно-молібденової сполуки хлористим оловом в фосфорно - молібденову синь. Чим більше в досліджуваному розчині міститься фосфорної кислоти, тим вища концентрація сполуки, що утворилася, а отож, і інтенсивності забарвлення.

ХІД РОБОТИ

Зважують на технічних терезах 5 г ґрунту, пропущеного через сито з отворами І мм. Переносять ґрунт в конічну колбу на 100 мл і приливають 25 мл 0, 2 н розчину соляної кислоти. Збовтують протягом І хв., відстоюють 15 хв. , і фільтрують через без зольний фільтр. Екстрагують фосфор і калій із ґрунту при температурі 18-20оС.

Для визначення фосфору відбирають 1-2 мл фільтрату в мірну колбу на 50 мл, розбавляють дистильованою водою до об'єму 30 -40 мл, приливають із бюретки 2 мл розчину малібденовокислого амонію, доводять до риски і перемішують. Потім добавляють 3 краплі хлористого олова і знов перемішують. Через 10 - 15 хв., колориметрують.

Одночасно проводять холосте визначення, при якому виконують всі вказані вище операції про хід аналізу, окрім зважування ґрунту. Розрахунки результатів аналізу проводяться слідуючи формулою:

Х = (100*в*с) / н*а , де

Х -вміст рухомого фосфору, мг/100 г ґрунту ;

В - підрахунок мл 0, 2н НСІ, прилитої до наважки;

Н - наважки ґрунту, взята для аналізу, г;

А - кількість мл витяжки, взятої для колориметрування.

2.6 Геоекологічний моніторинг

ЗАГАЛЬНИЙ ФОСФОР

Сполуки фосфору відносяться до фізіологічно важливих компонентів хімічного складу морських вод, що визначає їх продуктивність. Існує багато форм фосфорних сполук у морській воді: ортофосфати, детергенти, пестициди, ефіри фосфорної кислоти, поліфосфати, численні органічні похідні та ін Останнім часом їхня надмірна концентрація в ряді районів, головним чином, за рахунок комунально-побутових і сільськогосподарських стоків, викликає бурхливе зростання морських рослин, розкладання залишків яких призводить до підвищеного споживання кисню. Тому в таких випадках сполуки фосфору розглядають як забруднюючі речовини.

Усі відомі методи визначення загального фосфору засновані на окисленні його сполук до розчинної ортофосфату з подальшим аналізом за відомою методикою Морфі і Райлі. Однак при використанні як окислювача концентрованої сірчаної кислоти з'єднання зі зв'язком Р-С не розкладаються. Застосовуване іноді для цих цілей фотохімічне окислення вимагає спеціального обладнання (кварцові судини, УФ-лампа), що ускладнює широке його впровадження для проведення масових аналізів. Найбільш простий і чутливий метод - окислення сполук фосфору за допомогою надсернокіслого калію. Слід зазначити, що цим методом можна визначити лише загальний фосфор, що знаходиться у складі з'єднань, розчинних у морській воді.

СПОЛУКИ ФОСФОРУ

Фосфор належить до фізіологічно важливих елементів, необхідних водоростям для побудови клітини. Його вміст у морських водах є визначальним чинником їх продуктивності. У ряді випадків надмірно високі концентрації фосфору в морській воді можуть служити показником їхнього забруднення комунально-побутовими стічними водами.

Найбільш чутливим методом визначення фосфору у вигляді фосфату, є колориметричний метод, заснований на утворень молібденової гетерополісіні. Цей метод широко застосовується в різних галузях науки і, зокрема, в гідрохімії. З форм неорганічного фосфору, існуючих в морській воді, даним методом можна визначити лише фосфор "входить до складу солей ортофосфорної кислоти.

Суть методу аналізу фосфор кирсанов фотометричний метод

Хоча особливості хімічної реакції, покладеної в основу методу, не цілком вивчені, виконання аналізу не є складним: розчин молібдату додають до фосфату при певних кислотних умовах, при яких утворюється жовта фосфорно-молібденова гетерополікислот, відновлювана потім до гетерополісіні. В якості відновників застосовують двуххлорістое олово, аскорбінову кислоту, гідразінсульфат та інші сполуки.

В даний час за рекомендацією Міжнародної ради з вивчення морів у багатьох країнах для визначення фосфору застосовується метод Морфі і Райлі з використанням аскорбінової кислоти як відновника. Забарвлення водних розчинів відновлених гетерополікислот при застосуванні цього реагенту дещо слабше, ніж у випадку відновлення двуххлорістим оловом, проте вони стійкі протягом тривалого часу і, крім того, практично не залежать від температури і солоності морської води. Для прискорення реакції як каталізатор застосовується антімонілтартрат калію (калій сурьмяновіннокіслий).

Висновок

Загальне значення фосфору та його сполук

Застосовують ортофосфорну кислоту в даний час досить широко. Основним її споживачем є виробництво фосфорних і комбінованих добрив. Для цих цілей щорічно видобувається у всьому світі фосфоровмісних руди близько 100 млн. т. Фосфорні добрива не лише сприяють підвищенню врожайності різних сільськогосподарських культур, але й надають рослинам зимостійкість і стійкість до інших несприятливих кліматичних умов, створюють умови для більш швидкого дозрівання врожаю в районах з коротким вегетативним періодом. Вони також сприятливо діють на грунт, сприяючи її структурування, розвитку грунтових бактерій, зміни розчинності інших містяться в грунті речовин і придушення деяких утворюються шкідливих органічних речовин.

Чимало ортофосфорної кислоти споживає харчова промисловість. Справа в тому, що на смак розбавлена ортофосфорна кислота дуже приємна і невеликі її добавки в мармелади, лимонад і сиропи помітно покращують їх смакові якості. Цим же властивістю володіють і деякі солі фосфорної кислоти. Гідрофосфату кальцію, наприклад, з давніх пір входять в хлібопекарські порошки, покращуючи смак булочок і хліба.

Цікаві і інші застосування ортофосфорної кислоти в промисловості. Наприклад, було відмічено, що просочування деревини самої кислотою і її солями роблять дерево негорючим. На цій основі зараз проводять вогнезахисні фарби, негорючі фосфодревесние плити, негорючий фосфатний пінопласт і інші будівельні матеріали.

Різні солі фосфорної кислоти широко застосовують у багатьох галузях промисловості, у будівництві, різних областях техніки, у комунальному господарстві і побуті, для захисту від радіації, для пом'якшення води, боротьби з котельнею накипом і виготовлення різних миючих засобів.

Література

1. Д.В. Жилін «Подорожі елементів. Геохімія ». М., «Аванта +», 2000 р.

2. М.Х. Карапетьянц М.Х. С.І. Дракіно "Загальна та неорганічна хімія"

видавництво «Хімія» - 2000 р.

3. Пурдела Д., Вилчану Р. «Хімія органічних сполук фосфору».

4. Корбрідж Д. Фосфор. Основи хімії, біохімії, технології М.: Світ, 1972 р.

5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод М.: Химия, 1984. - 448 с

Размещено на Allbest.ru